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柱塞抽油泵和泵筒材料如何選擇
發(fā)布時間：2011/2/17 9:54:57 | 閱讀次數(shù)：1204次
截至2010年4月，國內(nèi)油田使用有桿泵的井數(shù)約15萬口，其中大部分
是柱塞式油桶泵，常規(guī)柱塞抽油泵已成為主要的采油方式之一。
由于國內(nèi)油田大部分已進入了高含水開發(fā)期，加上高含砂、高溫
蒸氣稠油開采、注聚合物開采及強腐蝕的介質環(huán)境和井況差等因素影
響，柱塞抽油泵的泵筒和柱塞的磨損、腐蝕、劃傷越來越嚴重，油井
平均檢泵周期越來越短，有的甚至不到30天就需要檢泵，嚴重影響油
田開發(fā)綜合經(jīng)濟效益的提高。國內(nèi)外眾多機構投入了大量的力量研究
抽油泵的失效原因和防護措施。其中一個有效的方法就是優(yōu)選泵筒和
柱塞的材料和表面處理工藝。
油桶泵筒和柱塞摩擦副及周圍工作環(huán)境和條件構成了一個摩擦學系統(tǒng)，
這一系統(tǒng)的腐蝕磨損量由泵筒的腐蝕磨損量和柱塞的腐蝕磨損量的
總和所決定。而泵筒和柱塞各自的腐蝕磨損量則由構成材料的物理機
械化學性能、相互運動關系、工作環(huán)境和條件等因素決定。最終從抽
油泵角度上看，泵筒和柱塞的材料和表面處理工藝的選擇成為決定這
個摩擦學系統(tǒng)腐蝕磨損量的決定因素。
選擇并優(yōu)化泵筒和柱塞材料和表面處理工藝的目的是讓這個摩擦
學系統(tǒng)的腐蝕磨損量達到最小。由于影響因素眾多，所以泵筒和柱塞
的材料選擇匹配仍然沒有一個理論指導，研發(fā)人員目前做的最多的工
作是選擇各種泵筒和柱塞的材料和表面處理工藝，然后在一定的腐蝕
磨損條件下進行室內(nèi)摩擦磨損試驗，從試驗的結果來確定在這種試驗
條件下，應該選擇什么樣的泵筒柱塞材料。這里介紹兩種試驗結果：
第一種結果：泵筒材料及表面處理工藝為45鋼表面化學鍍鎳磷合
金、303鋼表面鍍鉻、4%－6%鉻鋼加壓氮化等3種；柱塞材料及表而處
理工藝為碳鋼鍍鉻、碳鋼激光處理、海軍黃銅化學鍍鎳磷合金、蒙耐
爾合金鍍鉻等4種。將上述材料分別配對進行耐磨性試驗，試驗用的
摩擦副由環(huán)和塊組成。介質為清水，溫度60℃，黏度為0.000653Pa/s
。試驗機為MG－200型高速高溫摩擦磨損試驗機。所加載荷1kN，試件
總摩擦行程為20km。通過對不同泵筒和柱塞的材料及表面處理工藝的
配對耐磨性試驗研究，并按柱塞先失效原則排序，可供選用泵筒和柱
塞摩擦副最優(yōu)匹配材料分別為碳鋼化學鍍鎳磷合金和碳鋼鍍鉻。
第二種結果：泵筒材料及表面處理工藝為碳鋼表面鍍鉻、碳鋼表
面化學鍍鎳磷合金和38CrMoAl氮化；柱塞材料及表面處理工藝為碳鋼
表面鍍鉻、碳鋼表面化學鍍鎳磷合金、碳鋼表面噴焊鎳基合金和
38CrMoAl氮化，分別組合配對成9對摩擦副。試驗摩擦副由環(huán)和柱構
成。試驗介質為含油污水，其中含油5%；水中的礦物質含量：氯離子
11000mg/1，二氧化碳25mg/1，鈣離子25mg/1，碳酸氫根離子30mg/1
，鎂離子13mg/1，總鐵8mg/1；含砂0.4%；溫度為60℃。同樣采用國
產(chǎn)MG-200高速高溫摩擦磨損試驗機。試驗載荷100N，摩擦總行程約為
6km。綜合分析試驗結果，認為碳鋼噴焊柱塞與碳鋼鍍鉻泵筒配對為
最優(yōu)，38CrMoAI氮化柱塞與碳鋼鍍鉻泵筒配對次之。
上述可見，實驗室的試驗結果是在設定的條件下得出的。如果變
化不同的試驗條件，則工作量巨大，即使變化不同的條件，也不一定
和油田現(xiàn)場井下條件一致，所以實驗結果是有局限性的。由于試驗條
件和摩擦副的形狀不同，各個試驗結果之間也沒有可比性。
可以看出，通過試驗確定泵筒和柱塞材料匹配有其不足，試驗沒
有理論指導因此試驗工作量很大。試驗所選用的材料只是眾所周知的
已有材料，很難提出其它并未在油桶泵上使用過的但性能可能更好的
材料。
隨著材料工程學的發(fā)展和新的材料表面處理工藝出現(xiàn)，很多材料
和表面處理工藝都有可能應用于泵筒和柱塞表面，靠單純的實驗室配
對材料的摩擦磨損試驗來決定取舍已經(jīng)遠遠不能滿足目前對提高抽油
泵泵筒和柱塞壽命的急迫要求，上海正奧泵業(yè)制造有限公司如何借助
材料學和其它學科的原理與技術來設計泵筒和柱塞配對材料是目前急需解決的課題。
